Upptäckten att fria elektroner kan röra sig asymmetriskt ger en djupare förståelse för en av de grundläggande processerna i fysiken:den fotoelektriska effekten. Det beskrevs först av Albert Einstein och förklarar hur högfrekvent ljus släpper ut elektroner från ett material. Resultaten har publicerats i Fysiska granskningsbrev .

"Den fotoelektriska effekten har studerats i många år och det är väldigt upplyftande att plötsligt förstå hur det fungerar på ett djupare sätt, säger Marcus Dahlström, Universitetslektor i matematisk fysik vid Lunds universitet i Sverige, som arbetat med artikeln med kollegor i Lund och vid Stockholms universitet.

Forskarna studerade hur en elektron som just släppts från en atom via den fotoelektriska effekten kan ändra sin vågrörelse med hjälp av ett laserfält. Den fria elektronen kan både absorbera och avge laserljus, som ändrar elektronens rotation på ett asymmetriskt sätt.

För att upptäcka detta fenomen, forskarna använde ultrakorte laserpulser med en tidsprecision i en attosekundskala, vilket är svindlande kort:0.000000000000000001 sekunder.

Upptäckten av asymmetrin i kombination med högtidsupplösningen gav forskarna möjlighet att störa elektronernas inrotade beteende. Från att bara flytta upp och ner längs laserfältet, forskarna lyckades få elektronerna att också sprida sig i sidled.

"Nu när vi förstår att det finns en asymmetri i de fria elektronernas rörelse, vi kan få en bättre förståelse för kvantdynamiken vid fotojonisering, "säger David Busto, doktorand i atomfysik vid LTH.

I klassisk fysik, partiklar rör sig på ett deterministiskt sätt från en punkt till en annan via Newtons lagar. I motsats till detta, kvantmekanik säger att en partikel kan röra sig till flera platser samtidigt. Forskarna har kunnat dra fördel av det senare:

"När vi ändrar elektronvågens riktning, vi använder kvantmekanisk störning. Det är, elektronen tar flera vägar mot sin förändrade vågform. I klassisk fysik kan elektronen bara gå ett sätt. "

Fenomenet med det asymmetriska rörelsemönstret har bevisats både i experiment och i teori. Resultaten är baserade på kunskapen om att elektroner ökar sina roterande rörelser när de absorberar ljus, något den amerikansk-italienska fysikern Ugo Fano visade för 30 år sedan.

Forskningen syftar till att styra elektroner i atomer och molekyler med större precision. I längden, det är tänkbart att denna och annan grundläggande vetenskaplig kunskap om hur atomer och molekyler fungerar kommer att ge en möjlighet att förbättra hur reaktionerna styrs i molekyler, som i sin tur kan bana väg för mer effektiv kemi.